液化天然氣儲運(yùn)及安全問題分析

1、液化天然氣儲運(yùn)及安全問題分析摘要：隨著世界和我國LNG工業(yè)的發(fā)展，LNG工業(yè)產(chǎn)業(yè)的完整鏈系包括上游天然氣的開采、液化儲運(yùn)、氣化、銷售等環(huán)節(jié)，其中主要環(huán)節(jié)為液化站、LNG運(yùn)輸和供氣站三個接點。而LNG儲運(yùn)及安全問題是整個LNG產(chǎn)業(yè)鏈中尤為重要的環(huán)節(jié)。本文在簡述了LNG 特性和儲運(yùn)方式后，分析了LNG 儲運(yùn)中的安全問題及危險因素，提出了相應(yīng)的安全措施。LNG是天然氣儲存和輸送的一種有效的方法，在實際應(yīng)用中，LNG也是要轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)使用，因此，在考慮LNG設(shè)備或工程的安全問題時，不僅要考慮天然氣所具有的易燃易爆的危險性，還要考慮其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)以后，其低溫特性和液體特征所引起的安全問題，并進(jìn)行安全技術(shù)管理

2、與評價。關(guān)鍵詞：LNG LNG特性 LNG儲運(yùn) LNG安全 Abstract: With the development of world and China's LNG industry, LNG industries complete chain system includes upstream gas exploration, liquefaction storage, gasification, marketing and other aspects, the main part including the liquefaction stations, LNG transpor

3、tation and gas station. The storage, transportation and security of LNG is particularly important in the entire LNG chain. This paper outlines the features of LNG, LNG storage and transportation methods, the analysis of security issues in the LNG storage and risk factors and the corresponding securi

4、ty measures. LNG is an effective way of the natural gas storage and delivery. In practical applications, LNG is used after it is transformed into a gaseous state. Therefore, when considering the safety of LNG facilities or engineering problems, not only consider that the natural gas has the explosiv

5、e risk, but also consider its low-temperature properties and characteristics of the liquid caused by safety issues after it becomes liquid, and making the evaluation of the safety and technical management.Key words: LNG，LNG features，storage and transportation of LNG，LNG safety1.前言LNG(液化天然氣)是一種經(jīng)天然氣凈化

6、并深冷液化而成的液體，它是以甲烷為主要成分的低溫液態(tài)混合物，其體積約為氣態(tài)時的1/600，它是一種清潔、優(yōu)質(zhì)燃料。液化了的天然氣更有利于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、儲存，使天然氣的應(yīng)用方式更靈活、范圍更廣，主要體現(xiàn)在以下幾方面：LNG 便于經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)輸，方便靈活，適應(yīng)性強(qiáng)；儲存效率高，占地少，投資省；有利于城市燃?xì)庳?fù)荷的調(diào)節(jié)，同時可以利用LNG 的冷能，如冷藏、冷凍、溫差發(fā)電等；LNG 可用作優(yōu)質(zhì)的車用燃料，具有抗爆性好、燃燒完全、排氣污染少、發(fā)動機(jī)壽命長、降低運(yùn)輸成本等優(yōu)點；有利于保護(hù)環(huán)境，減少城市污染，屬于國家重點扶持的新興環(huán)保產(chǎn)業(yè)。目前，我國LNG 產(chǎn)業(yè)正處于起步階段。國內(nèi)已建有數(shù)套LNG 生產(chǎn)裝置，

7、其中分別位于上海、廣東、福建等沿海城市。隨著國家對能源結(jié)構(gòu)、能源安全和環(huán)境治理的重視，一批規(guī)模更大的LNG 工廠和進(jìn)口LNG 接受終端正在緊鑼密鼓地籌建中。因此，液態(tài)天然氣（LNG）儲運(yùn)及安全問題是擺在我們面前的一個重要課題。2.LNG基本特性LNG主要成分為甲烷，另外還含有少量的乙烷、丙烷、N2及其他天然氣中通常含有的物質(zhì)。LNG的密度取決于其組分，通常為430470kg/m³，甲烷含量越高，密度越小；密度還是液體溫度的函數(shù)，溫度越高，密度越小。LNG的沸騰溫度也取決于其組分，在大氣壓力下通常為-166-157。LNG儲存在絕熱儲罐中，任何熱量滲漏到罐中，都會導(dǎo)致一定量的液體氣化為

8、氣體，這種氣體就叫做蒸發(fā)氣。蒸發(fā)氣的組成取決于液體的組成，一般地，LNG蒸發(fā)氣含有20% 的N2，80% 的甲烷及微量的乙烷。LNG的溢出與擴(kuò)散：LNG傾倒至地面上時，最初會猛烈沸騰蒸發(fā)，后蒸發(fā)率將迅速衰減至一個固定值，蒸發(fā)氣體沿地面形成一個層流，從環(huán)境中吸收熱量逐漸上升和擴(kuò)散，同時將周圍的環(huán)境空氣冷卻至露點以下，形成一個可見的云團(tuán)，可作為蒸發(fā)氣體移動方向的指南，也可作為氣體空氣混合物可燃性的指示。LNG具有天然氣的易燃易爆特性，在-162的低溫條件下，其燃燒范圍為6%13%(體積百分比)；LNG著火溫度隨組分的變化而變化，重?zé)N含量的增加使著火溫度降低。熟悉理解LNG的基本特性，有利于正確認(rèn)識

9、來自LNG 的危險因素，并進(jìn)行安全問題分析與處理。3.LNG儲存運(yùn)輸 3.1 LNG儲存 在基地型LNG 生產(chǎn)廠、調(diào)峰型LNG工廠和LNG接收終端,以及在LNG 運(yùn)輸過程中，LNG儲存是不可或缺的重要環(huán)節(jié),儲存設(shè)施所占投資比例相當(dāng)大。LNG 的儲存方式有儲罐儲存和巖腔中儲存,儲罐儲存是最主要的儲存方式。LNG儲罐分地面儲罐和地下儲罐兩種。 LNG低溫儲罐的結(jié)構(gòu)很像暖水瓶，是雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)膽存儲低溫液體，它要承受介質(zhì)的壓力和低溫，所以制作內(nèi)膽的材料必須采用耐低溫合金鋼；外殼的作用是為了形成內(nèi)膽的絕熱層，它使外殼與內(nèi)膽之間保持一定距，形成絕熱空間，并通過支撐裝置固定內(nèi)膽，它要承受內(nèi)膽和介質(zhì)的重力載荷

10、以及絕熱層的真空負(fù)壓。低溫儲罐絕熱性能的一個重要技術(shù)指標(biāo)，叫做蒸發(fā)率，對LNG罐一般為=0.2%，它表示的是一天24小時中，由于儲罐絕熱層泄露而使得外部熱量傳入儲罐內(nèi)膽，導(dǎo)致氣化的液體體積與儲罐容積的百分比。低溫儲罐的接口與LPG儲罐相似，有氣相接口、進(jìn)液口、出液口和液位檢測口。不同的是，由于絕熱和內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，所有接口都集中在儲罐的一個封頭上，一般不能隨處開口。比如，安全閥是安裝在氣相管上的，不單獨(dú)開口；一般也不單獨(dú)設(shè)置排污口。另外需要特別說明的是，進(jìn)液管一般有兩個，一個下部進(jìn)液管，還有一個上部進(jìn)液管。3.2 LNG運(yùn)輸天然氣的輸送,凡管道能直達(dá)的地區(qū),以管道輸送為好。當(dāng)管道難以直達(dá)或敷設(shè)管

11、道不經(jīng)濟(jì)時,特別是跨洋運(yùn)輸天然氣,則以液化天然氣形式采用油輪運(yùn)輸較為經(jīng)濟(jì)。3.2.1 槽車運(yùn)輸運(yùn)輸距離短、數(shù)量不大的LNG輸送,可采用公路槽車運(yùn)輸。用公路槽車運(yùn)輸深冷液體已有多年歷史,國內(nèi)外技術(shù)都十分成熟。超過一定距離,采用鐵路槽車運(yùn)輸LNG 比采用公路槽車較為經(jīng)濟(jì)。3.2.2 LNG船舶運(yùn)輸多年以來，在LNG 國際貿(mào)易中，主要采用專用油輪進(jìn)行LNG 跨洋運(yùn)輸。LNG 船舶主要有兩種，球式和膜式。兩種類型LNG 船舶的主要不同是：一些老的膜式船舶由于多孔，在主膜屏障內(nèi)遭受氣體濃度困擾，盡管由于氮?dú)獠粩嗟貎艋?，不會成為?yán)重威脅，但也應(yīng)引起注意。膜式船舶比球式船舶有更快的冷卻時問，常見的為910h

12、。膜式船舶在相同裝載能力下外形小。結(jié)構(gòu)需要鋼材也較少，這也導(dǎo)致了凈空高度減小，并且降低費(fèi)用。球式船舶相對于膜式船舶而言，對一些貨物裝載的限制較少3.3.3 管道輸送目前，在陸地上，由于受到管道低溫輸送技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、氣源等各方面的影響，世界上約75% 的天然氣仍采用常態(tài)管道方式輸送的方式。只在LNG調(diào)峰裝置和油輪裝卸設(shè)施上設(shè)有LNG低溫管線，還沒有長距離LNG管線的實例。長距離LNG管線的初期投資較大，受氣源的限制較大。4.LNG安全問題分析4.1 LNG具有的危險性4.1.1 低溫的危險性人們通常認(rèn)為天然氣的密度比空氣小，LNG泄漏后可氣化向空氣飄散，較為安全。但事實遠(yuǎn)非如此，當(dāng)LNG泄漏后迅速

13、蒸發(fā)，然后降至某一固定的蒸發(fā)速度。開始蒸發(fā)時其氣體密度大于空氣的密度，在地面形成一個流動層，當(dāng)溫度上升到約-110以上時，蒸氣與空氣的混合物在溫度上升過程中形成了密度小于空氣的“云團(tuán)”。同時，由于LNG泄漏時的溫度很低，其周圍大氣中的水蒸氣被冷凝成“霧團(tuán)”，然后LNG再進(jìn)一步與空氣混合過程中完全氣化。LNG的低溫危險性還能使相關(guān)設(shè)備脆性斷裂和遇冷收縮，從而損壞設(shè)備和低溫凍傷操作者。4.1.2 BOG的危險性雖然LNG存在于絕熱的儲罐中，但外界傳入的能量均能引起LNG的蒸發(fā)，這就是BOG（Boil of Gas）蒸發(fā)氣體。故要求LNG儲罐有一個極低的蒸發(fā)率，要求儲罐本身設(shè)有合理的安全放空系統(tǒng)，否

14、則BOG將大大增加，嚴(yán)重者使罐內(nèi)溫度、壓力上升過快，直至儲罐破裂。 4.1.3 著火的危險性天然氣在空氣中百分含量在5%15%（體積%）時，遇明火可產(chǎn)生爆燃。因此，必須防止可燃物、點火源、氧化劑（空氣）這三個因素同時存在。 4.1.4 翻滾的危險性通常儲罐內(nèi)的LNG長期靜止將形成兩個穩(wěn)定的液相層，下層密度大于上層密度。當(dāng)外界熱量傳入罐內(nèi)時，兩個液相層引發(fā)傳質(zhì)和傳熱并相互混合，液層表面也開始蒸發(fā)，下層由于吸收了上層的熱量，而處于“過熱”狀態(tài)。當(dāng)二液相層密度接近時，可在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，使罐內(nèi)壓力急劇上升，這就是翻滾現(xiàn)象。 4.1.5 對人生理上的影響人暴露在體積分?jǐn)?shù)為9以上的CH4氣氛中會引

15、起前額和眼部有壓迫感，但只要恢復(fù)呼吸新鮮空氣，就可消除這種不適的感覺。如果持續(xù)地暴露在這樣的氣氛環(huán)境下，會引起意識模糊和窒息。甲烷是一種普通的窒息性物質(zhì)。雖然LNG蒸氣是無毒的，如果吸進(jìn)純的LNG蒸氣，人迅速失去知覺，幾分鐘后死亡。當(dāng)大氣中的氧的含量逐漸減少時，工作人員有可能察覺不到，慢慢地窒息，待到發(fā)覺時已經(jīng)很晚了。LNG緩慢窒息的過程分成4個階段，見表1。表1 LNG對人窒息的生理特征Table 1. LNG on human physiological characteristics of suffocation階段氧氣的體積分?jǐn)?shù)生理特征第一階段1421脈搏增加，心跳加快，影響呼吸第二階

16、段1014判斷失誤，迅速疲勞，對疼痛失去知覺第三階段610惡心，嘔吐，虛脫，造成永久性腦部傷害第四階段<6痙攣，呼吸停止，死亡當(dāng)空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)低于10，天然氣的體積分?jǐn)?shù)高于50，對人體會產(chǎn)生永久傷害。在這情況下，工作人員不能進(jìn)入LNG蒸氣區(qū)域。4.2 LNG安全對策根據(jù)LNG 的特性以及LNG 儲運(yùn)生產(chǎn)的實際過程，我們可以得出以下幾點LNG 的安全問題。4.2.1 LNG氣化超壓爆炸LNG超壓爆炸，這與LNG處于沸騰(或接近于沸騰)狀態(tài)有關(guān)。在LNG儲槽中，LNG處于沸騰狀態(tài)，當(dāng)外來的熱量傳入時會導(dǎo)致LNG氣化使壓力超高，從而致使安全閥打開，造成泄漏，引起火災(zāi)和爆炸。為避免這種危險

17、，應(yīng)采取特殊處理的方法：輕LNG從槽底進(jìn)料，或重LNG從槽頂進(jìn)料，或兩者結(jié)合使用；在槽內(nèi)安裝自動密度儀，以檢測不同密度的層；用槽內(nèi)泵使液體從底至頂循環(huán)；保持LNG 的的含氮量低于1%，并且密切監(jiān)測氣化速率。4.2.2 LNG的泄漏由于低溫操作，金屬部件會出現(xiàn)明顯的收縮，在儲槽系統(tǒng)的任何部位尤其是焊縫、閥門、法蘭、管件、密封及裂縫處，都可能出現(xiàn)泄漏和沸騰蒸發(fā)。特別是在儲運(yùn)過程中，由于對儲存容器的振動時間長，更容易出現(xiàn)泄漏的情況。如果不及時對部件加固和封閉這些蒸氣，它就會逐漸上浮，且擴(kuò)散較遠(yuǎn)，容易遇到潛在的火源，引起火災(zāi)或爆炸等事故。4.2.3 LNG火災(zāi)LNG蒸氣遇到火源著火后，火焰會擴(kuò)散到氧氣

18、所及的地方。游離云團(tuán)中的天然氣處于低速燃燒狀態(tài)，云團(tuán)內(nèi)形成的壓力低于5kPa，一般不會造成很大的爆炸危害。燃燒的蒸氣就會阻止蒸氣云團(tuán)的進(jìn)一步形成，然后形成穩(wěn)定燃燒。當(dāng)蒸氣和空氣混合達(dá)到爆炸的極限時，就會發(fā)生爆炸或爆轟，造成更大的事故。4.2.4 低溫凍傷由LNG是-162的深冷液體，皮膚直接與低溫物體表面接觸會產(chǎn)生嚴(yán)重的傷害。直接接觸時，皮膚表面的潮氣會凝結(jié)，并粘在低溫物體表面上。這時如硬將皮膚從低溫表面撕開，就會將這部分皮膚撕裂，所以當(dāng)戴濕手套工作時應(yīng)特別注意。當(dāng)皮膚與低溫物體粘接后，可用加熱的方法使皮肉解凍，然后再揭開。5. LNG安全防護(hù)通過上面對LNG 性質(zhì)以及儲運(yùn)中的危險問題分析，可

19、以在以下方面采取相應(yīng)的安全措施：5.1 工藝裝置安全設(shè)計LNG 裝置本身的可靠性是保證LNG 設(shè)施安全運(yùn)行的重要前提，因此遵循標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計是十分必要的。5.2 防泄漏可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)一般可以通過目測和大型的可燃?xì)怏w探測器的方法（如紅外、紫外探測儀、煙霧燃燒監(jiān)測儀、低溫探測裝置和LNG 壓力測試裝置等）來探測LNG 的泄漏。用目測的方法所見到的特征為儲運(yùn)裝置外表又云霧狀；而用探測器時，閉路電視系統(tǒng)可以監(jiān)測所有LNG 設(shè)備的工作狀況，一旦發(fā)生泄漏、外溢、氣化等，應(yīng)急操作就會被激活，操作工就能及時采取相應(yīng)的控制措施進(jìn)行處理。因此，連續(xù)的自動探測系統(tǒng)比人工探測具有更大的優(yōu)勢，因為它們比人工探測更

20、準(zhǔn)確可靠。5.3 事故應(yīng)急系統(tǒng)LNG 設(shè)施應(yīng)包括事故切斷系統(tǒng)(ESD)、應(yīng)急報警系統(tǒng)等事故應(yīng)急系統(tǒng)，就是當(dāng)儲運(yùn)或卸貨裝置不在設(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)工作的時候，中斷操作，切斷或關(guān)閉LNG、易燃液體、易燃致冷劑或可燃?xì)怏w來源，并關(guān)閉繼續(xù)運(yùn)行將加劇或延長事故的設(shè)備。ESD 等應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)具有失效保護(hù)設(shè)計，當(dāng)正?？刂葡到y(tǒng)故障或事故時，使失效的可能性、事故影響和損失最小。5.4 靜電導(dǎo)出與消防水系統(tǒng)由于LNG 在裝卸與儲運(yùn)過程中，LNG 與儲槽、管道產(chǎn)生磨擦，使儲槽或管道帶上靜電，因此，在LNG相應(yīng)的設(shè)備上設(shè)靜電導(dǎo)出。消防水系統(tǒng)是用于當(dāng)LNG 泄漏時，用水來控制LNG 蒸汽云團(tuán)的擴(kuò)散，即使用帶水位控制器的水幕或手

21、握軟管噴水使LNG 蒸氣云團(tuán)改道，避免風(fēng)將蒸氣團(tuán)移向會點燃該蒸氣團(tuán)的運(yùn)行設(shè)備，但同時，水也會給蒸氣帶來額外的熱量，造成云霧更快地浮動并向上擴(kuò)散。在有火災(zāi)的情況下，為了避免熱輻射，一些設(shè)備需要大水作保護(hù)。在處理LNG 失火時，推薦使用干粉(最好是碳酸鉀) 滅火器，注意任何情況下不要在LNG儲槽的大火中使用水，水會增大氣化速率因而會將火焰高度增大6 倍，輻射熱增大3 倍，從而造成LNG 的冷爆炸。5.5 泡沫控制蒸氣擴(kuò)散及輻射系統(tǒng)泡沫迅速膨脹，可阻止LNG可燃蒸氣的迅速擴(kuò)散，并且在蒸氣遇到火源著火后，可減少輻射量，泡沫的膨脹率約為5001。將泡沫覆蓋在LNG表面，由于熱量增加，會使LNG 的氣化率

22、增大，氣化后的LNG蒸氣穿過泡沫，溫度升高，向上飄浮。這樣，LNG蒸氣就像煙霧一樣向上浮而不會沿著地面擴(kuò)散，從而大大減少擴(kuò)散區(qū)。如果是將泡沫覆蓋在燃燒的LNG上，就會降低氣化率，從而減小火勢。熱輻射量也就會隨火勢的減小而減少。5.6 低溫凍傷預(yù)防及急救在處理與低溫液體或蒸汽相接觸或接觸過的任何東西時，都應(yīng)戴上無吸收性的手套( PVC 或皮革制成)，手套應(yīng)寬松，這樣如發(fā)生液體濺到手套上或滲入手套里面時，就可容易地將手套脫下，同時注意使用面罩或護(hù)目鏡來保護(hù)眼睛。當(dāng)進(jìn)行LNG 泄漏堵漏時，應(yīng)急救援人員必須全身著防凍衣，以免液態(tài)LNG 噴濺至人體造成凍傷。當(dāng)個體發(fā)生凍傷時應(yīng)該用大量溫水(4146)沖洗

23、皮膚凍傷處，不可使用干燥加熱的方法，應(yīng)將傷員移至溫暖的地方(約22)。如果不能得到立即診治，就應(yīng)刻不容緩地將傷者送至醫(yī)院。5.7防過度振動裝置由于LNG 在儲運(yùn)的過程中，難免出現(xiàn)LNG 容器的振動現(xiàn)象，比如槽車運(yùn)輸時的路況、管道輸送時的地震、LNG船舶運(yùn)輸時的風(fēng)浪等影響因素，都會對裝置產(chǎn)生影響。因此，在LNG 的儲運(yùn)過程中，對裝置采用一些防振動措施。5.8生產(chǎn)安全管理應(yīng)到位： （1）做好崗位人員的安全技術(shù)培訓(xùn)：包括LNG站工藝流程、設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理、崗位操作規(guī)程、設(shè)備的日常維護(hù)及保養(yǎng)知識、消防器材的使用與保養(yǎng)等，都應(yīng)進(jìn)行培訓(xùn)，達(dá)到應(yīng)知應(yīng)會要求。 （2）建立各項安全生產(chǎn)制度。 （3）建立事故

24、應(yīng)急搶險救援預(yù)案：預(yù)案應(yīng)對搶險救援的組織、分工、報警、各種事故（如LNG少量溢出、大量溢出、直至著火等）的處置方法等，應(yīng)詳細(xì)明確。并定期進(jìn)這行演練，形成制度。 （4）加強(qiáng)消防設(shè)施的管理：重點對消防水池（罐）、消防泵、LNG儲罐噴淋設(shè)施、干粉滅火設(shè)施、可燃?xì)怏w報警設(shè)施要定期檢修（測），確保其完好有效。5.9安全策略采取必要的安全措施預(yù)防事故發(fā)生，以保證LNG儲運(yùn)的安全：力爭設(shè)備本質(zhì)安全：LNG儲罐、管道在選材、設(shè)計、加工、制造和安裝過程以及管理中，應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，確保LNG設(shè)備的質(zhì)量；避免LNG憋壓：對LNG儲運(yùn)時，采用基本充裝的方式，以免發(fā)生LNG設(shè)備破壞；加強(qiáng)設(shè)備的監(jiān)測與維護(hù)保養(yǎng)；配齊相應(yīng)的安全消防與防護(hù)設(shè)施，以備應(yīng)急之需。除LNG儲罐本身具有的安全措施外，工藝管線中要設(shè)置安全閥、壓力表、緊急切斷閥、降壓調(diào)節(jié)閥等安全措施；消防安全方面，要設(shè)置消防水池、消防水泵、LNG儲罐噴淋降溫設(shè)施、LNG泄漏導(dǎo)出防護(hù)設(shè)施。應(yīng)設(shè)置可靠的防雷、防靜電設(shè)施；設(shè)置必要的保冷措施和燃?xì)饧映舸胧裼脩簦?。此外還要設(shè)置異常情況停氣安全連鎖系統(tǒng)。LNG站的儲存設(shè)備、氣化設(shè)備、輸送設(shè)備制造安裝質(zhì)量要精良。6.小結(jié)我國尚處于LNG